JP2008098998A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数個のアンテナを用いて無線信号を送信または受信するとともに良好な特性を安定して実現することが可能なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置１０１は、誘電体４と、誘電体４上に配置され、さらに、同じ周波数帯の複数個の無線信号を各々が受信するか、あるいは同じ周波数帯の複数個の無線信号のうち、対応の無線信号を各々が送信する複数個のアンテナ１〜３と、複数個のアンテナ１〜３にそれぞれ１対１で結合される複数個の給電端子５〜７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、複数個のアンテナを備えたアンテナ装置に関する。

近年、無線ＬＡＮ（Local Area Network）における無線伝送のスループット向上を実現する技術として、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）が注目されている。ＭＩＭＯは、送信側および受信側においてそれぞれ複数個のアンテナを用いて通信を行なう技術である。

市販されているＭＩＭＯ用無線ＬＡＮ機器は、無線機に接続される既存のホイップアンテナを複数本設ける構成が一般的である。このようなＭＩＭＯ用無線ＬＡＮ機器では、複数本のホイップアンテナが無線機の筐体に設置される構成であるため、各アンテナの間隔は１波長程度、たとえば２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ機器では１２０ｍｍ程度である。また、特許文献１には、ＭＩＭＯ用携帯無線機が開示されているが、このような携帯無線機においても同様に各アンテナの間隔は狭い。
特開２００６−１６６２６１号公報

ＭＩＭＯ用の無線ＬＡＮ機器および携帯無線機等、複数個のアンテナを用いて無線信号を送受信する装置では、複数個のアンテナを狭い間隔で配置するため、アンテナ同士の干渉が発生し、送受信特性が大きく劣化する場合がある。具体的には、アンテナの共振周波数のずれ、ならびにＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）およびアンテナ利得の劣化等が生じる。

このような問題点を解決するためには、アンテナ同士の干渉を考慮して、各アンテナおよび各給電線路の方向、長さおよび形状を調整して特性改善を図ることが考えられる。しかしながら、複数個のアンテナを用いて無線信号を送受信する装置では、１個のアンテナの方向調整を行なうと、他のアンテナとの間隔が変わるため、これにより特性劣化が生じてしまう場合がある。

それゆえに、本発明の目的は、複数個のアンテナを用いて無線信号を送信または受信するとともに良好な特性を安定して実現することが可能なアンテナ装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある局面に係わるアンテナ装置は、誘電体と、誘電体上に配置され、さらに、同じ周波数帯の複数個の無線信号を各々が受信するか、あるいは同じ周波数帯の複数個の無線信号のうち、対応の無線信号を各々が送信する複数個のアンテナと、複数個のアンテナにそれぞれ１対１で結合される複数個の給電端子とを備える。

好ましくは、複数個のアンテナは第１〜第３のアンテナであり、第１〜第３のアンテナは、誘電体上に並列に配置され、第２のアンテナは、第１のアンテナと第３のアンテナとの間に配置され、長手方向の長さが第１のアンテナおよび第３のアンテナの長手方向の長さと異なる。

好ましくは、複数個のアンテナの間隔は、周波数帯における中心周波数を有する無線信号の１／４波長以上かつ１波長以下である。

好ましくは、複数個のアンテナはダイポールアンテナである。
より好ましくは、誘電体は、所定の方向に対して垂直な第１の主表面および第２の主表面を有し、複数個のアンテナの各々は、並列に配置される第１のダイポールアンテナおよび第２のダイポールアンテナを含み、第１のダイポールアンテナおよび第２のダイポールアンテナの各々は、第１の主表面に配置される第１のアンテナ素子と、第２の主表面に配置され、所定の方向から見た場合に第１のアンテナ素子と同一直線上に配置される第２のアンテナ素子とを含む。

好ましくは、アンテナ装置は、さらに、誘電体および複数個のアンテナを収納する筐体を備える。

本発明によれば、複数個のアンテナを用いて無線信号を送信または受信するとともに良好な特性を安定して実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
［構成および基本動作］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図１は、アンテナ装置１０１を誘電体基板４の表面から見た平面図である。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図２は、アンテナ装置１０１を誘電体基板４の裏面から見た平面図である。

図１および図２を参照して、アンテナ装置１０１は、アンテナ１〜３と、誘電体基板４と、給電端子５〜７とを備える。アンテナ１は、ダイポールアンテナ１１および１２と、導体線路（第１の導体線路）２１と、導体線路（第２の導体線路）４１と、導体線路３１および５１とを含む。アンテナ２は、ダイポールアンテナ１３および１４と、導体線路（第１の導体線路）２２と、導体線路（第２の導体線路）４２と、導体線路３２および５２とを含む。アンテナ３は、ダイポールアンテナ１５および１６と、導体線路（第１の導体線路）２３と、導体線路（第２の導体線路）４３と、導体線路３３および５３とを含む。ダイポールアンテナ１１は、アンテナ素子Ａ１およびＡ２を含む。ダイポールアンテナ１２は、アンテナ素子Ａ３およびＡ４を含む。ダイポールアンテナ１３は、アンテナ素子Ａ５およびＡ６を含む。ダイポールアンテナ１４は、アンテナ素子Ａ７およびＡ８を含む。ダイポールアンテナ１５は、アンテナ素子Ａ９およびＡ１０を含む。ダイポールアンテナ１６は、アンテナ素子Ａ１１およびＡ１２を含む。

アンテナ装置１０１は、たとえばＭＩＭＯ用のアンテナ装置である。すなわち、アンテナ１〜３は、同じ周波数帯の複数個の無線信号を各々が受信するか、あるいは同じ周波数帯の複数個の無線信号のうち、対応の無線信号を各々が送信する。ここで、複数個の無線信号とは、異なるデータに対応するベースバンド信号をそれぞれＲＦ（Radio Frequency）帯の信号に周波数変換したものである。また、アンテナ装置１０１は、たとえば２．４ＧＨｚの周波数帯に対応する。

給電端子５〜７は、アンテナ１〜３にそれぞれ１対１で結合される。アンテナ１〜３が受信した信号は、それぞれ給電端子５〜７を介して図示しない無線機へ出力される。また、図示しない無線機が出力した信号は、それぞれ給電端子５〜７を介してアンテナ１〜３へ出力される。

誘電体基板４は、たとえば厚さ０．８ｍｍのテフロン（登録商標）基板であり、表面（第１の主表面）Ｓ１および裏面（第２の主表面）Ｓ２を有する。なお、誘電体基板４に代えて、表面Ｓ１および裏面Ｓ２を有する誘電体フィルムが用いられてもよい。

アンテナ１〜３は、誘電体基板４上に並列に配置される。ここで、誘電体基板４上にアンテナを１個だけ配置した構成と比べて、誘電体基板４上にアンテナを３個配置した構成では、アンテナの共振周波数が高い方にずれ、また、ＶＳＷＲの劣化が見られた。このため、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナでは、アンテナ素子の長さ、導体線路の太さの調整をアンテナごとに行なっている。

アンテナ２は、アンテナ１とアンテナ３との間に配置される。アンテナ２の長手方向の長さは、アンテナ１および３より長く設定する。すなわち、アンテナ１および３におけるアンテナ素子と比べて、アンテナ２におけるアンテナ素子Ａ５〜Ａ８を長く設定する。また、アンテナ１および３の長手方向の長さは等しく設定する。これは、アンテナ１および３はそれぞれ隣接するアンテナがアンテナ２だけであるのに対し、アンテナ２はアンテナ１および３の両方に隣接するため、他のアンテナの干渉を受ける度合いが大きいからである。なお、アンテナ１〜３の長さおよび幅等のサイズは、アンテナ装置１０１が対応する周波数帯に応じて適宜変更されるものである。たとえば、アンテナ２の長手方向の長さを、アンテナ１および３より短くする構成であってもよい。

アンテナ１および２の間隔Ｄ１、ならびにアンテナ２および３の間隔Ｄ２は、アンテナ間の干渉を低減するために、アンテナ装置１０１が対応する周波数帯の中心周波数を有する無線信号の１／４波長以上であることが好ましく、また、アンテナ装置１０１の小型化を図るために１波長以下であることが好ましい。たとえば、アンテナ装置１０１が対応する周波数帯の中心周波数が２．４ＧＨｚの場合には、アンテナ１および２の間隔Ｄ１、ならびにアンテナ２および３の間隔Ｄ２は３０ｍｍ以上かつ１２０ｍｍ以下であることが好ましい。

以下、アンテナ１の構成を詳細に説明する。なお、アンテナ２および３の構成はアンテナ１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

導体線路２１は、表面Ｓ１上に配置され、給電点Ｆ１を有する。導体線路４１は、裏面Ｓ２上に配置され、導体線路２１と平行である。また、導体線路４１は、誘電体基板４の表面Ｓ１に垂直な方向から見て給電点Ｆ１と近接する位置に配置される給電点Ｆ１１を有する。

なお、図１および図２において導体線路２１および４１に沿った方向をＸ軸とし、給電点Ｆ１を通りＸ軸に垂直な方向をＹ１軸とし、誘電体基板４の表面Ｓ１に垂直な方向をＺ軸方向とする。導体線路２１および４１は各々の線幅が互いに等しい平行２線であり、いわゆるレッヘル線路を構成する。

ダイポールアンテナ１１は、Ｚ軸から見た場合に、Ｙ１軸に対して一方の側に配置され、ダイポールアンテナ１２は、Ｚ軸から見た場合にＹ１軸に対して他方の側に配置される。つまり、ダイポールアンテナ１１および１２はＹ１軸の両側に配置される。

ダイポールアンテナ１１および１２の各々は導体線路２１および４１経由で給電される。ダイポールアンテナ１１および１２は、所定の波長λを有する電波（無線信号）を送信または受信する１対の半波長ダイポールアンテナである。たとえば、アンテナ装置１０１の対応する周波数帯の中心周波数が２．４ＧＨｚまたは５．２ＧＨｚの場合、波長λは１２０ｍｍまたは６０ｍｍである。

ダイポールアンテナ１１とダイポールアンテナ１２との間隔は約５ｍｍである。ダイポールアンテナ１１とダイポールアンテナ１２との間隔は、受信電波が給電点Ｆ１およびＦ１１においてほぼ同相で合成され、アンテナ１の指向性が水平面において無指向性となるように設定されている。ここで、水平面とは、Ｘ軸およびＹ１軸で形成される平面すなわち紙面と平行な平面を意味する。

アンテナ素子Ａ１〜Ａ４ならびに導体線路２１、３１、４１および５１の幅は約１．５ｍｍ前後であり、出力端子５〜７におけるインピーダンスが５０Ωとなるように調整する。

ダイポールアンテナ１１は、アンテナ素子Ａ１およびＡ２を含む。ダイポールアンテナ１２は、アンテナ素子Ａ３およびＡ４を含む。アンテナ素子Ａ１は、誘電体基板４の表面Ｓ１上に配置され、端部が導体線路２１の第１端に接続される。アンテナ素子Ａ３は、誘電体基板４の表面Ｓ１上に配置され、端部が導体線路２１の第２端に接続される。アンテナ素子Ａ２は、誘電体基板４の裏面Ｓ２上に配置され、端部が導体線路４１の第１端に接続される。アンテナ素子Ａ４は、誘電体基板４の裏面Ｓ２上に配置され、端部が導体線路４１の第２端に接続される。アンテナ素子Ａ１およびＡ３は、Ｘ軸に対して一方の側に配置され、アンテナ素子Ａ２およびＡ４は、Ｘ軸に対して他方の側に配置される。

アンテナ素子Ａ１〜Ａ４の形状は、Ｙ１軸方向すなわち導体線路２１および４１に垂直な方向に延びる長辺と、Ｘ軸方向すなわち導体線路２１および４１に沿った方向に延びる短辺とを有する長方形である。

図３は、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示すグラフ図である。

図３を参照して、アンテナ１〜３のＶＳＷＲは、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの周波数帯においていずれも１．６以下であり、良好な特性を実現している。

ところで、ＭＩＭＯ用の無線ＬＡＮ機器および携帯無線機等、複数個のアンテナを用いて無線信号を送受信する装置では、複数個のアンテナを狭い間隔で配置するため、アンテナ同士の干渉が発生し、送受信特性が大きく劣化する場合がある。また、複数個のアンテナを用いて無線信号を送受信する装置において、アンテナ同士の干渉を考慮して、各アンテナおよび各給電線路の方向、長さおよび形状を調整する場合には、１個のアンテナの方向調整を行なうと、他のアンテナとの間隔が変わるため、これにより特性劣化が生じてしまう場合がある。しかしながら、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置では、アンテナ１〜３が１個の誘電体基板４上に配置される。このような構成により、アンテナ同士の干渉を考慮した設計が容易になる。また、アンテナ１〜３の位置関係が固定され、アンテナ１〜３の方向調整を行なってもアンテナ１〜３は一体で動くために互いの間隔が変化しないことから、良好な特性を安定して実現することができる。また、アンテナ１〜３の個々の調整が不要となることから、アンテナ１〜３の方向等の位置調整を容易に行なうことができる。さらに、アンテナ装置の小型軽量化を図ることができ、かつ製造コストを低減することができる。

なお、本発明のアンテナ装置は２．４ＧＨｚ帯または５．２ＧＨｚ帯に対応する構成に限定されるものではなく、さまざまな周波数帯での利用が可能である。たとえばアンテナ装置１０１がＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の電波を送信または受信する構成であってもよい。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係るアンテナ装置を筐体に収納したアンテナ装置に関する。

図４および図５は、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。

図４および図５を参照して、アンテナ装置１０２は、アンテナ１〜３と、誘電体基板４と、給電端子５〜７と、筐体７１と、可動部７２と、台７３と、同軸ケーブル７４〜７６とを備える。

筐体７１は、たとえば樹脂ケースであり、台７３上に設けられる。筐体７１には、アンテナ１〜３と、誘電体基板４とが収納される。可動部７２は、筐体７１と台７３とを連結し、かつ筐体７１を移動させる。アンテナ１〜３と給電端子５〜７とは、それぞれ同軸ケーブル７４〜７６を介して結合される。

その他の構成および動作は第１の実施の形態に係るアンテナ装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置では、以上のような構成により、アンテナ１〜３の位置関係を維持しながらアンテナ１〜３の方向調整を行なうことができ、良好な特性を安定して実現することができる。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第３の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係るアンテナ装置を備える無線装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係るアンテナ装置と同様である。

図６は、本発明の第３の実施の形態に係る無線装置の構成を示す図である。
図６を参照して、無線装置２０１は、筐体８１と、無線機８２とを備える。筐体８１は、第２の実施の形態に係るアンテナ装置における筐体７１と同様に、たとえば樹脂ケースであり、アンテナ１〜３と、誘電体基板４とが収納される。筐体８１におけるアンテナ１〜３と無線機８２とは、図示しない給電端子および同軸ケーブルを介して結合される。

アンテナ１〜３が受信した信号は、それぞれ図示しない給電端子および同軸ケーブルを介して無線機８２へ出力される。また、無線機８２が出力した信号は、それぞれ図示しない給電端子および同軸ケーブルを介してアンテナ１〜３へ出力される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示すグラフ図である。 本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る無線装置の構成を示す図である。

符号の説明

１〜３ アンテナ、４ 誘電体基板、５〜７ 給電端子、１１〜１６ ダイポールアンテナ、２１〜２３ 導体線路（第１の導体線路）、３１〜３３，５１〜５３ 導体線路、４１〜４３ 導体線路（第２の導体線路）、７１，８１ 筐体、７２ 可動部、７３ 台、７４〜７６ 同軸ケーブル、８２ 無線機、１０１ アンテナ装置、２０１ 無線装置、Ａ１〜Ａ１２ アンテナ素子、Ｓ１ 表面（第１の主表面）、Ｓ２ 裏面（第２の主表面）。

Claims (6)

1. 誘電体と、
   前記誘電体上に配置され、さらに、同じ周波数帯の複数個の無線信号を各々が受信するか、あるいは同じ周波数帯の複数個の無線信号のうち、対応の無線信号を各々が送信する複数個のアンテナと、
   前記複数個のアンテナにそれぞれ１対１で結合される複数個の給電端子とを備えるアンテナ装置。
2. 前記複数個のアンテナは第１〜第３のアンテナであり、
   前記第１〜第３のアンテナは、前記誘電体上に並列に配置され、
   前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナと前記第３のアンテナとの間に配置され、長手方向の長さが前記第１のアンテナおよび前記第３のアンテナの長手方向の長さと異なる請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記複数個のアンテナの間隔は、前記周波数帯における中心周波数を有する無線信号の１／４波長以上かつ１波長以下である請求項１記載のアンテナ装置。
4. 前記複数個のアンテナはダイポールアンテナである請求項１記載のアンテナ装置。
5. 前記誘電体は、所定の方向に対して垂直な第１の主表面および第２の主表面を有し、
   前記複数個のアンテナの各々は、並列に配置される第１のダイポールアンテナおよび第２のダイポールアンテナを含み、
   前記第１のダイポールアンテナおよび前記第２のダイポールアンテナの各々は、
   前記第１の主表面に配置される第１のアンテナ素子と、
   前記第２の主表面に配置され、前記所定の方向から見た場合に前記第１のアンテナ素子と同一直線上に配置される第２のアンテナ素子とを含む請求項４記載のアンテナ装置。
6. 前記アンテナ装置は、さらに、
   前記誘電体および前記複数個のアンテナを収納する筐体を備える請求項１記載のアンテナ装置。

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